Akustické spektrum

Akustické spektrum ( zvukové spektrum ) je soubor harmonických vibrací, na které lze rozložit konkrétní zvukovou vlnu [1] . Nastavuje se jako funkce frekvence nebo vlnové délky a vyjadřuje relativní roli různých frekvencí nebo délek pružných vln ve studovaném zvuku , to znamená, že ukazuje, do jaké míry jsou v akustickém signálu přítomny ultrazvukové, slyšitelné atd. vlny. Až do normalizace se tato funkce shoduje s hustotou distribuce nebo . Další možné názvy pro tuto funkci jsou spektrální hustota zvukové energie nebo spektrální hustota zvukového výkonu . Podobný koncept pro elektromagnetické vlny se nazývá spektrální hustota záření .

Fyzikálně akustické spektrum vyjadřuje buď energii elastických vibrací na jednotku objemu média, nebo výkon přenášený zvukovou vlnou přes jednotku plochy , na jednotku ingervalu o nebo o a zprůměrovaný za dostatečně velké časové období. Pokud je například argument frekvence , pak spektrum je

nebo .

V souladu s tím je rozměr spektra rozměrem objemové hustoty energie nebo hustoty povrchového výkonu, dělený rozměrem frekvence: (J / m 3 ) / Hz nebo (W / m 2 ) / Hz, a pokud vezmeme vlnová délka jako argument, pak: (J / m 3 ) / m nebo (W / m 2 ) / m. Často jsou spektra uvedena v bezrozměrných relativních jednotkách. Neexistuje žádná obecně uznávaná „ikona“ pro označení spektra.

Pro jednoznačnost je spektrum dále diskutováno ve tvaru . Pokud ji integrujete přes frekvenci zvuku, získáte intenzitu .

V některých případech spektrum obsahuje jeden nebo více ostrých úzkých vrcholů. Řekněme, že pro monochromatickou vlnu frekvence je její spektrum ( - funkce delta ) a pro součet monochromatických vln - součet členů tohoto typu. Pak lze místo funkce jednoduše vypsat páry „frekvenční intenzita“ a tak dále, čímž získáte úplný obrázek o složení konkrétního zvuku. Při konstrukci diskrétního spektra v relativních jednotkách lze vynést jak intenzity, tak amplitudy akustického tlaku , ,.. podél vertikály, zatímco . Podobná diskrétní (lineární) akustická spektra jsou charakteristická pro hudební zvuky různých nástrojů . V tomto případě řada frekvencí obvykle vypadá jako sekvence , , ,.., kde první prvek udává základní tón a zbytek jsou podtóny ; soubor jejich intenzit ... tvoří témbr nástroje.

Přírodní zvuky, jako je zvuk moře, se naopak vyznačují širokým rozmazaným akustickým spektrem. Průmyslový hluk má obvykle také spojité akustické spektrum , jejich spektrální analýza je důležitá z hlediska ochrany zdraví při práci [2] .

Poznámky

  1. Článek Spektrum zvuku ve Velké ruské encyklopedii (2004).
  2. Viz článek Akustické spektrum v ruské encyklopedii ochrany práce. — M.: NTs ENAS. Ed. V. K. Varová, I. A. Vorobieva, A. F. Zubková, N. F. Izmerová. 2007.